使用在线计算器FET-Jet Calculator的简单示例

碳化硅电子元件是最苛刻的工业、家用、汽车电源开关操作的流行解决方案。实现此类电路需要设计人员遵循精确的计算线和数学公式，这就是 UnitedSiC 推出 FET-Jet Calculator 的原因，这是一个简单的在线工具，允许选择和比较不同电源应用的性能。对于想要做出最佳选择的设计师来说，这确实是一种宝贵的工具。

计算机

要使用 UnitedSiC 创建的电力系统计算工具，只需单击图 1所示网页中的链接https://info.unitedsic.com/fet-jet。让我们来看看它的一些值得注意的特性：

• 轻松评估各种基于功率的应用中的全系列 UnitedSiC FET 和二极管；
• AC-DC：PFC升压、PFC图腾、维也纳整流；带2级电压源的逆变器；
• DC-DC（非隔离）：降压或升压，带或不带同步整流，3级升压；
• DC-DC（隔离）：LLC 全桥或半桥变体、全移相桥、带相位控制的有源双桥；
• CCM和BCM管理方法支持；
• 它提供即时结果以促进基本设计决策，包括整体效率、由于动态和传导原因导致的组件损耗、结温、应力水平、并联连接的设备数量（如果有）；
• 无需注册

图 1：计算器的登录页面

在线应用程序的主要目的是将电力电子与设计简单性相结合。选择适合您需求的 SiC 器件对于设计人员来说必须是一个简单的操作。这是 FET-Jet 计算器的基本目标之一。它可以帮助设计人员选择 UnitedSiC 器件并更加专注于他们的项目。它允许做出正确、快速和安全的设计决策。所有这一切都发生在 3 个简单的步骤中：

• 选择应用程序；
• 选择拓扑；
• 输入操作规范并选择设备。

计算器的用途

UnitedSiC 在线发布并可供设计人员使用的工具非常有价值。它可以为您的电力项目轻松识别最佳的 UnitedSiC 器件。用户只需为其应用选择功能和拓扑，输入设计参数的详细信息，最后仪器自动计算电路的电流、效率和损耗。工作温度和散热器特性作为输入提供，以显示预期的工作结温。用户可以通过改变电感器和开关频率来实时检查和评估电路变化的影响和后果。此外，可以选择单个或并联设备来显示不同额定电流的设备的相对整体性能。如果选择不合适或完全错误，例如当标称电压不足以满足所选条件和拓扑时，仪器会发出警告。这些提示可帮助用户快速找到可行且正确的解决方案。所有 UnitedSiC FET 和肖特基二极管都可以从分类表中选择，其中包括封装 TO-220、TO-247、TO-247 / 4L、DFN 8×8 的器件以及最近制造的第 4 代 750 V 器件。这种选择对设计人员来说不是障碍，而是为最终选择功率元件提供了进一步的帮助。其中包括采用 TO-220、TO-247、TO-247 / 4L、DFN 8×8 封装的器件，以及最近制造的第 4 代 750 V 器件。这种选择对设计人员来说不是障碍，而是为最终选择功率元件提供了进一步的帮助。其中包括采用 TO-220、TO-247、TO-247 / 4L、DFN 8×8 封装的器件，以及最近制造的第 4 代 750 V 器件。这种选择对设计人员来说不是障碍，而是为最终选择功率元件提供了进一步的帮助。

预期的计算解决方案

计算工具可在https://unitedsic.com/fet-jet/获得。您可以在此处输入有关要构建和设计的电路的信息。该项目的第一个区别涉及通过选择相关选项来选择以下项目：

• 交流/直流；
• 直流/直流；
• DC / DCiso。

等效电路如图2所示。详细地，计算器分析以下类型的解决方案：

• 交流/直流
  • 全氟辛烷磺酸
  • TPPFC
  • 维也纳
  • VSI 2 级
• 直流/直流
  • 降压
  • 促进
  • 升压3L
  • HB 降压
  • HB 升压
• DC / Dciso
  • PSFB
  • 有限责任公司HB
  • 有限责任公司
  • 轻拍

图 2：与三个主要计算类别相关的等效电路

计算示例：AC/DC PFC转换器

这是一个使用在线计算器的简单示例。稍后将进一步探讨一些概念。图 3显示了用于设计 AC/DC PFC 转换器的通用电路，它包括一个典型的整流桥、电感器、开关 MOSFET、整流二极管和电容器。

图 3：AC/DC PFC 转换器的设计

屏幕左侧包含用户要输入的输入数据，右侧包含输出数据和计算参数。计算器提供两个列表来选择 MOSFET 和二极管的型号。在选择电子元件时，可以限制电流的作用范围。也可以根据这些其他附加条件过滤列表：

• 标称电压；
• 额定电流；
• 包装类型；
• 系列。

例如，我们可以选择具有以下技术特性的 MOSFET 型号 UF3C065040K3S：

• 额定电压：650V；
• 额定电流：54A；
• 封装：TO-247-3L；
• RDS（开）：42 毫欧；
• 最高工作温度：175°C；
• 低电容值；
• 系列：UF3C/SC。

通过单击组件模型，该网站将显示相关页面及其官方数据表。要选择所选组件并将其插入接线图中，请单击列表本身左侧的点。二极管的选择包括相同的选择标准。在这种情况下，选择了 UJ3D06560KSD 二极管，因为它具有以下特性：

• 额定电压：650V；
• 额定电流：10A；
• 封装：TO-247-3L；
• 最高工作温度：175°C；
• 非常高的开关速度；
• 系列：UJ3D。

然后输入一些运行参数（如图4所示）：

• 额定功率 [VA]
• 线到中性线 RMS 电压 [V]
• 腿数
• 直流母线电压 [V]
• 开关频率 [Hz]
• 输入电感纹波电流 [%]
• 并联 FET 数量
• 并联二极管数量
• 导通型
• Rthjc类型
• 散热器温度 [° C]
• FET Rthcs（隔离垫）[K/W]
• 二极管 Rthcs（隔离垫）[K/W]

图 4：为计算 AC/DC PFC 转换器需要输入的一些数据

处理最多需要两到三秒钟才能显示最终结果。最终计算非常有用，如图 5所示。它们分为以下几类：

• 计算参数
  • 每条腿的 RMS 电流 [A]
  • 峰值电流 FET [A]
  • 峰值电流二极管 [A]
  • 调制因子
  • FET Rdson 调整到温度 [Ohm]
• 每个 FET 和温度的损耗
  • 传导 [W]
  • 开启开关 [W]
  • 关断切换 [W]
  • 总计 [W]
  • 场效应管结温 [° C]
• 每个二极管和温度的损耗
  • 传导 [W]
  • 总计 [W]
  • 二极管结温 [° C]
• 总损失和效率
  • 腿用 [W]
  • 总计 [W]
  • 半导体效率 [%]

图 5：AC/DC PFC 转换器计算器显示的结果和输出数据

程序计算的参数对于所有的模拟来说显然是不一样的。每个转换器模型都有自己的计算参数类别。

效率是最重要的参数之一

所有的计算和求解方法都提供了一个非常重要的参数，显示为最终结果，即效率。它取决于不同的参数，并且始终是至关重要且极其重要的一点，尤其是在电源和转换器方面。具有以下功能的升压转换器示例：

• 场效应管选择：UF3SC065040D8S
• 二极管选择：UJ3D1210TS
• 额定功率 [W]：3000
• 输入电压[V]：325
• 输出电压[V]：600
• 电感[uH]：800
• Rdson：典型
• 散热器温度[°C]：70

提供 99.55% 的效率，如图 6所示。

图 6：计算器提供的最重要的参数之一是效率

另一个非常重要的参数是电感“纹波”电流，在这种情况下，用户可以将其作为输入数据输入。电感纹波电流作为输入参数用于优化开关损耗估计。

计算器精度

FET-Jet 计算器的准确度如何？在准确性、易用性和速度之间肯定存在一些权衡。您不能同时满足所有这些要求。FET-Jet 计算器通过在可能的情况下最大限度地减少错误并通过执行简化来适当地调整这些参数，从而为典型应用提供快速结果和低精度损失。准确度足以满足 FET-Jet 计算器的预期用途，该计算器是一种用于选择电源设备并进行比较的工具，以便在您的项目中使用最合适的组件。FET-Jet 计算器不区分输入功率和输出功率。在大多数解决方案中，功率半导体的效率高到足以使输入和输出功率之间的微小差异可以忽略不计。

系统表征和结论

电源开关器件现已成为现实，设计人员越来越多地使用它们。使用 SiC 的 MOSFET 和二极管的能量转换器和电源系统越来越受欢迎。事实上，设计人员感到缺乏一个有效且完整的计算器，它可以在一个包中检查所有类型的连接。对于第一次使用 SiC 的工程师或正在寻找适合其设计的最佳 SiC 器件的工程师，此计算器是一种快速简便的方法来评估各种功率拓扑中的 UnitedSiC FET，从而加速研发并避免浪费如果选择了不合适的设备，则需要花时间创建高级模拟。只需点击几下，即可引导设计师走向正确的方向并获得最佳设计。该计算器将很快更新和更新，实施有用的图形，涵盖各种参数，例如电流、温度、输入和输出电压和效率。目前，可以手动对系统进行表征，更改值并将结果绘制在电子表格上，如图 7。该示例涉及创建具有以下特征的降压转换器 CCM 系统：

• 场效应管选择：UF3SC065007K4S
• 二极管选择：UJ3D1250K
• 额定功率 [W]：500
• 输入电压 [V]：从 15 到 100
• 输出电压[V]：12
• 腿数：1
• 电感[uH]：75
• 开关频率[Hz]：75000
• 并联 FET 数量：1
• 并联二极管数量：1
• Rdson 类型：典型
• Rthjc 类型：最大
• 散热器温度[°C]：80
• FET Rthcs（隔离垫）[K/W]：0.6
• 二极管 Rthcs（隔离垫）[K/W]：0.6

仿真的目的是了解系统效率如何对输入电源电压的变化作出反应。该图显示了两条曲线，开关频率分别为 75 kHz 和 200 kHz。不同条件下的测量得出以下结果：

图 7：降压系统项目的简单示例及其根据输入电压和开关频率的效率曲线

审核编辑：汤梓红